5G毫米波的机会和挑战

通信世界 2020-10-10 2472

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毫米波是5G不可或缺的一部分，助力5G释放全部潜能，全球5G毫米波产业蓄势待发。作为5G的最佳搭档，毫米波未来将如何发展？通信世界全媒体与你一起聚焦5G毫米波，共瞻5G毫米波蓄势待发。

至2020年年中，5G商用业务在韩、美等领先市场已经启用一年左右，媒体、监管机构以及产业链各环节的参与者都在回顾和评估5G的实际市场表现，网络速度体验成为评估的重要指标。网络测速公司OpenSignal于今年6月对韩国运营商的5G网络速度进行了测试，其结果显示韩国三大运营商SKTelecom、KT、LGU+的5G下载速率分别为220.4Mbit/s、214.8Mbit/s和237.2Mbit/s，分别是它们4G网络下载速率的3.5倍、4.8倍和5.2倍。今年8月韩国监管机构也公布了自己的网络测试结果。在该测试中，韩国5G网络的平均下载速率是2019年韩国4G网络平均下载速率的4倍左右。从这些结果来看，5G的网络速度较4G有了大幅度提高，但距离最初宣传的10~20倍速率提升仍有较大距离，所以也引起了一些消费者团体对5G建设策略的批评。

从数据看5G毫米波的机会和挑战

不过，OpenSignal和Speedtest同期在美国市场的测试给出了不同的信息。Speedtest在今年第二季度有关美国5G网络的测试结果显示，5G毫米波网络的平均下载速率达到900Mbit/s，约为4G网络速度的20倍。OpenSignal于6月的测试结果也显示，Verizon的5G毫米波网络的平均下载速率是其4G网络速度的18.7倍。可见，在毫米波频段，5G确实成功兑现了最初的速率承诺，相比4G有了质的提升。

然而，这些测试也显示出目前5G毫米波发展面临的主要挑战。OpenSignal的测试报告指出，Verizon的5G毫米波网络虽然能够提供超高的数据速率，但其可用性（即网络覆盖率）仅有0.4%，不仅远远低于采用600MHz低频段部署5G网络的T-MobileUSA(22.5%)，也远低于采用中频段3.5GHz部署5G网络的韩国运营商(12.5%~15.4%)。

毫米波频段确实能为运营商带来超大的频谱带宽，从而实现超高的数据速率，但这也导致无线电波传输损耗显著增大，从而使单基站的覆盖面积明显小于工作于中低频段的5G基站。一方面其会制约网络覆盖，影响用户体验，另一方面也意味着如要实现大范围连续网络覆盖，运营商网络投资将显著上升，运营商的投资能力和成本结构将会面临严峻挑战。

毫米波频段的挑战不仅在于网络，对于终端生态也同样如此。在5G之前，蜂窝移动通信终端设备从未工作于如此高的频段，终端和元器件产业链缺乏对毫米波产品的开发测试经验，毫米波芯片和元器件的成本、体积、功耗等指标都还远不如中低频段的对应产品。根据StrategyAnalytics近日发布的研究报告，至今年7月，全球市场上已经正式出货的185个型号5G智能手机中，只有23款支持毫米波频段，且均使用高通公司的基带芯片和射频组件。高通是目前唯一能够提供商用毫米波芯片组和射频子系统的芯片厂商。虽然明年华为、三星和联发科可能都会推出毫米波芯片组和射频子系统，但5G毫米波的终端芯片生态发展仍落后于中低频段产品。

场景化部署可助力5G毫米波扬长避短

可见，毫米波频段的优势和短板同样突出。为有效利用这一频段，实现商业成功，需要扬长避短，针对性地选择最适合的部署场景。目前业界较为公认的适用于5G毫米波系统的部署场景包括如下几类。

固定无线接入

在产业界的传统观念中，固定无线接入一般仅应用于有线宽带接入基础设施无法抵达的区域。由于无线接入技术的带宽速率一般都低于有线宽带技术，而无线电频谱的稀缺性又使无线接入系统相对有线宽带不具有成本优势，这些都制约了固定无线接入系统在家庭和企业宽带市场的竞争力。但是，5G毫米波的应用可能会改变这一传统观念。

从上述网络测试中可以看出，5G毫米波系统的平均数据速率已经与光纤宽带基本相当。而且这一数据还是在带宽400MHz条件下测得的，如果5G系统带宽进一步增加到800MHz，数据速率还将进一步提升，从而使无线接入系统能够提供与光纤宽带媲美的速率体验。而另一方面，近年来各国5G频谱拍卖的情况显示，毫米波频谱的平均价格要远低于中低频段频谱(如图1所示)。

可见，毫米波频段充沛的频谱资源不但有效提升了用户体验，也改善了无线接入系统的经济指标，使固定无线接入系统在性能和价格方面更具竞争力。加之无线系统天然具有的对基础设施依赖小、可快速灵活部署特点，基于5G毫米波的固定无线接入系统有望提升宽带接入服务市场的竞争水平，推动宽带服务市场的良性发展。尤其考虑到后疫情时代，远程办公、居家学习等需求上升，基于5G毫米波的固定无线接入系统更可能迎来崭新的发展机遇。

高业务密度的室内外开阔空间

在大型体育比赛、文艺演出、商业展会以及人流密集的机场、车站等交通枢纽或商业中心区，人流密集且数据流量突发特征明显，往往会在短时间内产生极高的数据流量，对移动网络容量构成极大压力。例如2020年2月，美国Verizon报告称，在迈阿密举行的第54届美式橄榄球超级碗比赛期间，球迷在体育场内和体育场周围的网络上共使用了21.5TB数据流量，这比2017年第51届超级碗期间的流量几乎翻了一番。而2018年韩国平昌冬奥会期间，体育场馆内就已试用了多视角重放、VR直播等新型应用。随着这些应用的逐渐推广普及，体育赛事中的数据流量有望被进一步推高。

在这种情况下，一方面，5G毫米波的大带宽、大容量优势就得以显现。通过在体育场、交通枢纽、密集市中心、购物区等人流密集区域部署5G毫米波系统，可以帮助运营商应对流量激增，提升用户体验。另一方面，这些部署场景往往面积有限，且相对开阔，没有复杂的障碍物，有利于规避毫米波系统覆盖面积小、绕射能力差的弱点，使运营商在提升网络容量的同时，又能将部署和运营成本控制在合理水平。

企业和园区应用

今年3月，富士通宣布其获得了日本第一张5G专网牌照，并将在川崎县的富士通办公区和枥木县的富士通工厂中部署5G专网，服务于智能制造等企业应用。该5G专网将工作于28.0GHz~28.3GHz的毫米波频段。去年7月，英国OFCOM也宣布将为5G专网应用分配局域共享频谱，包括将24.25GHz~26.5GHz的毫米波频段开放，用于室内环境下的共享接入，支持企业用户采用该频段，部署自己的专用5G网络。

面向企业专用的5G网络往往需要支持远程控制、无人运输、自动缺陷检测等新型应用，这些应用对网络性能提出了新的要求。比如智慧工厂的无人运输系统需要网络支持超高可靠和超低时延，而远程控制系统则需要将监控视频实时上传，对网络上行带宽的需要达1Gbit/s以上。同时，工业园区或厂房车间也都是相对开阔的有限区域，适合毫米波系统扬长避短，发挥大带宽、高速率的优势，同时把部署和运行成本控制在合理范围。

5G毫米波的部署和商业化将为6G研发奠定基础

目前，3GPP已决定在Release17中将5GNR的工作频率拓展至52.6GHz~71GHz，在未来版本中，5GNR的工作频率还有可能得到进一步的扩展。而在关于6G的早期讨论中，THz通信已成为一个重要课题。可以预见，移动通信产业仍将不断探索和开拓更高频段的频谱资源。

截至目前，全球主流蜂窝网络部署仍集中于6GHz以下频段，全球移动通信产业界对在毫米波频段部署5G网络将面对的技术和商业挑战，尚未有完全清晰的理解和认识。在这种情况下，又如何能讨论确定更高频段上的市场需求和技术路线呢？

所以，5G毫米波系统的规模部署和商业经营将是5G后续演进和6G技术研发的重要基础。只有通过5G毫米波系统的规模部署和商业经营，全球移动通信产业才能获得高频段网络部署经营的第一手经验，才有可能提炼出进一步的市场和技术需求，才有可能指引5G后续演进和6G技术的研发。

综上所述，通过选择适当的部署场景，有望充分发挥毫米波频段的优势，同时控制部署和运行成本。5G毫米波不但能扩大网络容量，提升高业务量区域的用户体验，使用户真正感受到5G的高速率，而且还能帮助运营商扩展业务领域，开拓固定无线接入、企业专网等新兴市场。5G毫米波系统的规模部署和商业经营还能为5G后续演进和6G技术的研发奠定基础。可以说，毫米波有望从用户体验、产业发展和长期演进等多个维度帮助5G“快”起来，从而开启5G发展的新阶段。

（本文来源：《通信世界》2020年第26期，总第854期）

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作者：StrategyAnalytics 杨光

责编/版式：王禹蓉

校对/审核：范范

监制：刘启诚

原文标题：5G毫米波专题 | 他山之石：毫米波将开启5G发展新阶段

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